永磁同步电机矢量控制基础补充(四)——如何设定电流环PI调节器和转速环PI调节器的限幅值

注:
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3: 恰饭一下,也做了一套较为详细教程放在置顶了,内含基本双闭环、MTPA、弱磁、三闭环、模糊PI等基本控制优化策略,也将滑模,MRAS等无速度控制课题整理完成,请大家查看^_^

经常有同学问我,如何设定电流环和转速环的限幅值,因此在此具体阐述一下PI调节器限幅值设定的参考因素。

1 电流环PI调节器限幅值

在整个系统中,电流内环PI调节器的输出是Ud和Uq的给定值,经过IPark变换转换到两相静止坐标系 Ualpha 和 Ubeta 的给定值。结合前面对于SVPWM的基础,SVPWM的发波原理为:根据两相静止坐标系下的参考电压矢量的相位和幅值,组合基本电压矢量合成参考电压矢量。两相静止坐标系 Ualpha 和 Ubeta 的给定值经过SVPWM模块,生成PWM脉冲,从而使得逆变器输出所需电压矢量(如下图所示)。

                                  永磁同步电机矢量控制基础补充(四)——如何设定电流环PI调节器和转速环PI调节器的限幅值_第1张图片

因此,电流环调节器的输出限幅值是根据调制方式设定的,SVPWM方式的调制度最大值为1,其表达式如下图所示,因此电流调节器最大输出电压为Udc/1.732。

                                                        

有同学提出:为了维持id=0控制,d轴必然要有电压输出,而相应的,一旦d轴存在着维持id=0的分压,q轴电压就不可能到U/sqrt(3),因为sqrt(uq^2+ud^2)<=U/sqrt(3)。目前还未明确具体这样考虑带来影响,有想出具体的限幅值原理请留言,感谢!

2 转速环PI调节器限幅值

与电流环相同方式去理解转速环,是一个比较有效的办法。转速环PI调节器的输出是q轴电流 iq 的给定值,而 iq 是控制电机转矩输出的关键物理量。为了纯粹只是讲解限幅值设定,假定此时的控制方式为 id=0 控制,根据下图所示的电机运动方程公式可知,此时的转矩完全由 iq 决定。

iq 控制电机的转矩输出,在转速环控制 iq 给定这个基础上,必须要考虑的因素就是电机本身的限制:额定转矩。iq 不能无限增大的原因也是因为电机不可能输出无限大的转矩。所以根据最大输出转矩计算出来的最大 iq 给定即为转速环PI调节器的限幅值。

 

小结:

1、电流环PI调节器限幅值根据调制方式的限制设定,SVPWM调制度最大为1,即限幅值为 Udc/1.732

2、转速环PI调节器限幅值根据最大输出转矩的限制设定,根据额定转矩计算iq限幅值。

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